摘要： 为解决传统集装箱码头在自动化改造时生产与改造难以并行的问题，根据自动化场地作业规则并结合实际生产情况，对场地布局进行方案优化。项目创新性地将传统码头“6+1”布置形式与“5+2”布置形式进行兼容，充分利用自动化场桥精确定位、视觉技术的自动开底、激光扫描技术的集卡定位扫描系统、堆场箱角梁及轨道梁改造和四绳轮胎吊吊具防扭防摇技术，最终实现超车与场存并存，形成科学的车道布置柔性规则，降低自动化码头改造成本，形成新的自动化集装箱码头堆码行业规则。

00引言
随着经济一体化和全球化的不断发展，我国经济迅猛增长，集装箱运输得到快速发展，集装箱船舶规模越来越大，集装箱码头吞吐量也在迅速增加。然而，现有的集装箱码头管理水平已经不能满足整个运输系统的需求，尤其是在作业系统中，码头管理者通常更加关注泊位子系统的作业管理而忽视堆场子系统及其对整个作业系统效率的影响。事实上，堆场的管理与泊位管理密切相关，集装箱的装卸、堆存、搬运等环节共同形成集装箱作业系统，任何子系统的管理效率低下都会导致整个码头作业效率的降低，不仅无法节约成本，还会造成资源浪费，最终影响码头的竞争力。因此，通过提升单个场地作业效率从而提高整体堆场作业能力尤为重要。通过研究集装箱码头堆场堆码规则，对码头堆场的集装箱堆码列数进行优化管理,以提高码头的作业效率和服务水平。首先，通过分析5列集装堆码和2列车道通行规则的作业过程，找出此种规则的不足再进行优化；其次，分析6列集装堆码和1列车道通行规则，找出作业优势和对作业效率的影响；最后，得出结论：在大型集装箱码头中合适条件下“6+1”作业模式优于“5+2”作业模式，同时能够提高作业效率，节省码头资源。

01场桥车道布置形式的可行性及优缺点

1.1  方案介绍

方案1。采用“6+1”的布置形式，不改变现有生产模式，堆场地面箱位较多，不需要对现有大机上机梯、平台、电气室等进行改造，改造工程量较小，投资较低，但在实际作业过程中需要排队依次进行，需要通过闸口、缓冲车场和TOS的优化来缓解排队问题。

方案2。在普通重箱区采用“5+2”的布置形式，大机跨距内设5列箱位、1条作业车道和1条超车道，堆高为“堆4过5”，损失了地面箱位，同时为满足大机跨内布置双车道的需要并考虑大机转场作业的通用性，需对现有14台大机的上机梯、平台、电气室等进行改造，以增大其跨内净宽度。方案2改造量较大，但其作业车流组织更加灵活，便于生产组织管理。

方案3。采用“1+5+1”的布置形式，车道边线与集装箱外廓线间距仅为110 mm，不能满足装卸作业安全要求，也不够布置隔离围栏和贝位号划线的宽度；同时，隔离围栏的净间距为3.5 m，不能满足消防规范要求。因此，不能实现1车道+5排箱+1车道的工艺布置，需降为“1+4+1”的布置形式才能满足要求。

1.2  3种车道布置形式优缺点分析

分析对比“6+1”“5+2”“1+4+1”车道布置方案的可行性和各自优缺点，最终确定“6+1”和“5+2”这2种车道布置方案最适合码头作业现状。3种车道布置方案优缺点见表1。但基于超车道和场存需求，“6+1”和“5+2”车道布置方案均会对某一时段作业产生较大影响。现研究能否通过系统和缓冲区，使堆场内单车道成为可能，避免超车需求，使“5+2”成为合理可行的向“6+1”过渡的方案，建立柔性堆码模式。

1.3　堆场影响因素

优化堆场堆码规则时还要考虑以下5点因素：

技术投资。优化堆场堆码规则需要引入新的技术和设备（例如自动化堆垛机、智能集装箱识别系统等），从而提高作业效率和安全性，这可能需要一定的投资成本，包括设备购置、安装和维护等方面的费用。

人员培训。新的堆场堆码规则需要操作人员进行培训并熟悉新的作业流程，这需要一定的时间和资源，以确保操作人员能够熟练掌握新的作业规则和操作技能。

系统集成。优化堆场堆码规则需要与其他系统进行集成，如集装箱管理系统、码头管理系统等，这需要对现有系统进行改造或开发新的接口，以确保各个系统能够协同工作。

环境影响。堆场堆码规则的优化也会对环境产生一定的影响。例如，堆码规则的优化可能导致集装箱密度增加，从而对空气质量、噪声和交通流量等方面产生影响，需要进行环境评估和管理。

跨部门合作。堆场堆码规则的优化涉及多个部门和利益相关者的合作，主要包括码头经营者、船公司、货代、海关等，需要协调各方的利益和需求，确保规则的优化在整个供应链中能够协调一致地实施。

在堆场堆码规则优化时，需要综合考虑以上因素，并进行充分的规划和管理，以确保规则的优化能够在实际操作中取得预期的效果，提升集装箱码头的运营效率和安全性。

02天津港太平洋码头场桥“5+2”兼顾“6+1”模式

2.1　传统“6+1”布置形式作业局限

由于天津港太平洋码头作业采用“6+1”布置形式，且没有超车道可以借用（其他码头可以借用2个堆场之间的道路作业临时超车道，但太平洋码头2个堆场之间是滑触线无法借用，因此只有1条行车道），作业中受到很大限制。目前，天津港太平洋码头使用集中堆码规则，减少场地的投入，提高场地利用率，在多条作业线同时作业时会发生1块场地2台场桥同时发箱的情况（6条作业线从4块出口场地同时发箱）。从现场作业情况来看，不管拖车是否按照高低贝依次进入场地，都会存在场地内堵车现象。在中远欧线测试中，原先的出口场地超车率较高，维持在30%左右，改变堆码规则后（由“6+1”转变为“5+2”）中远欧线在泊效率由2020年的151 TEU/h提高至2023年的179 TEU/h，M效率（指核心作业线作业效率，一般为箱量最大或任务量最大的作业线作业效率，核心作业线作业效率提高可以加快开船时间）也由30 TEU/h提升至32 TEU/h。当开线量与场地数量相同时，也会因为出口预配问题导致20%左右时间内存在1块场地2台场桥同时发箱的情况，有较强的超车需求。在此情况下，“5+2”比“6+1”布置形式更有优势。在进行陆运作业时，集卡到达时间及作业贝位不确定，会出现后车先至的情况，由于只有1条作业车道，无正常超车道，经常出现外部集卡在堆场内压轨道梁违规超车的情况，存在安全隐患。

2.2　“5+2”兼顾“6+1”布置形式的研究方案

针对上述问题，研究设计“5+2”兼顾“6+1”的布置形式。结合天津港太平洋国际集装箱码头生产情况，坚持改造不影响生产的原则，实行边改造边生产的改造模式，实施“5+2”兼顾“6+1”改造的布置形式。考虑到码头目前的主要矛盾是生产组织对于超车道的需求，先采用“5+2”布置形式进行自动化作业，解决目前主要生产矛盾。自动化土建部分确定方案为“5+2” 布置形式，即5排箱区和2个拖车通道，其中，拖车道有效宽度为6.83 m，箱区侧轨道梁中心线至箱边距离为1.65 m（上方净尺寸为0.70 m），堆箱间距为0.38 m，拖车道外边缘距轨道梁中心线距离为0.90 m。钢丝绳围栏立柱设置在箱角梁边缘。“5+2”布置形式堆场断面示意图见图1。

传统“6+1”集装箱堆场向自动化“5+2”堆场转变，在有限的RTG跨距距离内，安全合理地增加1排车道，利用改造后自动化设备的稳定性，突破行业准则，安全合理地将箱间距从40 cm改为38 cm。本方案不但增加1条车道，也保证了自动化场桥改人工作业的安全距离。未来随着箱量的增长，可以恢复成“6+1”布置形式，即把靠近箱区一侧车道改为箱区，增加箱角梁，恢复箱区功能，则每块堆场需要投资约12万元。

03“5+2”兼顾“6+1”作业工艺的技术创新点

基于激光扫描技术的目标定位系统实现对作业目标的精确定位。在四绳轮胎吊吊具上加装多个2D激光扫描仪和单点激光器对作业目标进行精确扫描和定位，实现堆场内全自动着箱。

基于视觉技术的自动开底作业。对吊具上多个相机捕捉到的画面进行图像识别处理，识别出地面标志线在视野中的位置，吊具根据标志线的偏移量和吊具的当前姿态，自动调整位置和姿态，待当前吊具的位姿在允许的误差范围内时进行放箱开底操作。

基于激光扫描技术的集卡定位扫描系统。在四绳轮胎吊大车机构附近加装数个3D扫描仪对集卡车进行精确的扫描并在系统内对集卡进行建模，最终实现内集卡全自动着箱。

自动化集装箱堆场箱角梁及轨道梁改造。对大车轨道梁进行统一标高超平，保证自动跑大车以及自动纠偏的精度要求。在场地内敷设统一标高的箱角梁并按照自动化定位精度要求施画黄色箱脚线，保证场地的平整一致性，在满足自动开底技术要求的同时保证自动着箱对场地的技术要求。

自动化四绳轮胎吊吊具防扭防摇技术。在自动化四绳轮胎吊上加装防扭防摇装置，实现防扭防摇实时控制，抑制因四绳起升结构刚性不足造成的吊具无规则扭动，保障全自动着箱的安全和对位精度。

04“5+2”兼顾“6+1”布置形式柔性规则

由于四绳场桥单机自动化改造后峰值效率较低，要保证作业效率，无论是“6+1”布置形式还是“5+2” 布置形式，都需要增加设备数量和场地数量以保证作业整体效率。在场地、机械与其他作业资源有充足保障（自动化场桥与场地资源配比至少保障1∶1）的前提下，“6+1” 布置形式与“5+2”布置形式在技术上均是可行的。生产组织和对外服务对于超车道的需求是目前影响码头生产的主要矛盾，“5+2”布置形式箱区内布置1条作业车道和1条超车道，对箱区内车流组织情况有一定改善，对于堆场内的作业可以进行优化，在堆场利用率能够满足作业生产的前提条件下“5+2”布置形式对于天津港太平洋码头来说具有一定优势，但损失16.7%的地面箱位，造成堆场容量不足。随着码头作业吞吐量的增长，堆场容量过低将成为制约码头发展的瓶颈。未来随着箱量的增长，当场地堆存量不能满足日益发展的生产需求时可由“5+2”恢复成“6+1”布置形式。提高码头堆场容量，在自动化改造后，虽然由于没有超车道，箱区容易造成拥堵，但通过优化调整缓冲区规则，进而控制入场的外集卡流量，可以缓解陆运作业拥堵问题。

05结语

“5+2”兼顾“6+1”技术为传统码头向自动化码头改造提供“改造兼顾生产”的方案，降低自动化码头改造成本，为自动化集装箱码头提供新的堆码行业规则。对于集装箱码头生产作业，“5+2”兼顾“6+1”技术通过合理利用超车道，可以提高作业效率，减少船舶在港时长，减少生产成本，降低集疏运车辆滞港时长，提升服务质量；作业效率的提升可缩短船舶在泊时长，缩短货物整体在途时间，降低船舶在港停泊费用，节约货值利息，减少货物中转环节和货损货差，经济效益直接体现于降低航运物流成本。同时依据集装箱码头不同作业环境下的主要矛盾，形成柔性布置规则，提高码头整体竞争能力。

来源：港口科技